Gammastråling: koncept, kilder, anvendelse og beskyttelsesmetoder. Stor encyklopædi af olie og gas

Ordet stråling, oversat fra engelsk "stråling" betyder stråling og bruges ikke kun i forhold til radioaktivitet, men en række andre fysiske fænomener, For eksempel: solstråling, termisk stråling osv. Med hensyn til radioaktivitet har den vedtagne ICRP (International Commission on strålebeskyttelse) og Strålingssikkerhedsstandarder definerer begrebet "ioniserende stråling".

ioniserende stråling ( IONISERENDE STRÅLING)?

Ioniserende stråling er stråling (elektromagnetisk, korpuskulær), som, når den interagerer med et stof, direkte eller indirekte forårsager ionisering og excitation af dets atomer og molekyler. Energien af ​​ioniserende stråling er høj nok til, at den, når den interagerer med stof, skaber et par ioner med forskellige tegn, dvs. ionisere det medium, hvori disse partikler eller gammastråler faldt.

Ioniserende stråling består af ladede og uladede partikler, som også omfatter fotoner.

Hvad er radioaktivitet?

Radioaktivitet er den spontane transformation af atomkerner til kernerne af andre grundstoffer. Ledsaget af ioniserende stråling. Der er fire kendte typer radioaktivitet:

• alfa-henfald - en radioaktiv transformation af en atomkerne, hvorunder en alfapartikel udsendes;
• beta-henfald er en radioaktiv omdannelse af en atomkerne, hvori beta-partikler, altså elektroner eller positroner, udsendes;
• spontan fission af atomkerner - spontan fission af tunge atomkerner (thorium, uran, neptunium, plutonium og andre isotoper af transuraniske elementer). Halveringstider for spontant fissile kerner varierer fra nogle få sekunder til 1020 for Thorium-232;
• protonradioaktivitet er en radioaktiv omdannelse af en atomkerne, hvori nukleoner (protoner og neutroner) udsendes.

Hvad er isotoper?

Isotoper er varianter af atomer af samme kemisk element, der har forskellige massetal, men har den samme elektriske ladning af atomkerner og optager derfor DI i grundstoffernes periodiske system. Mendeleev har samme sted. For eksempel: 55Cs131, 55Cs134m, 55Cs134, 55Cs135, 55Cs136, 55Cs137. Der findes stabile (stabile) isotoper og ustabile isotoper – dem der spontant henfalder gennem radioaktivt henfald, de såkaldte radioaktive isotoper. Der er omkring 250 stabile og omkring 50 naturlige radioaktive isotoper. Et eksempel på en stabil isotop er Pb206, Pb208, som er det endelige henfaldsprodukt af de radioaktive grundstoffer U235, U238 og Th232.

ANORDNINGER TIL måling af stråling og radioaktivitet.

At måle strålingsniveauer og indhold af radionuklid på forskellige genstande er brugt særlige midler mål:

• til at måle eksponeringsdosishastigheden for gammastråling, røntgenstråling, fluxtæthed af alfa- og betastråling, bruges neutroner, dosimetre til forskellige formål;
• at bestemme typen af ​​radionuklid og dets indhold i objekter miljø Der anvendes spektrometriske veje, bestående af en strålingsdetektor, en analysator og en personlig computer med det passende program til behandling af strålingsspektret.

Findes i øjeblikket i butikkerne forskellige slags strålingsmålere forskellige typer, aftaler og med brede kompetencer. Som et eksempel er her flere modeller af enheder, der er de mest populære i professionelle og husholdningsaktiviteter:

Professionelt dosimeter-radiometer, blev udviklet til strålingsovervågning pengesedler af bankkasserere for at efterkomme "Instruktion fra Bank of Russia dateret 4. december 2007 N 131-I "Om proceduren for identifikation, midlertidig opbevaring, annullering og destruktion af pengesedler med radioaktiv forurening."

Det bedste husholdningsdosimeter fra en førende producent, denne bærbare strålingsmåler har bevist sig selv over tid. Tak til let at bruge, lille størrelse og lav pris, brugere kaldte det populært, anbefaler det til venner og bekendte uden frygt for en anbefaling.

SRP-88N (scintillationssøgningsradiometer) - et professionelt radiometer designet til at søge og detektere kilder til fotonstråling. Den har digitale indikatorer og visere, mulighed for at indstille alarmtærsklen, hvilket i høj grad letter arbejdet ved inspektion af territorier, kontrol af metalskrot osv. Detektionsenheden er fjernbetjent. En NaI-scintillationskrystal bruges som detektor. Autonom strømforsyning 4 elementer F-343.

DBG-06T - designet til at måle eksponeringsdosishastigheden (EDR) af fotonstråling. Strømforsyning galvanisk celle"Corundum" type.

DRG-01T1 - designet til at måle eksponeringsdosishastigheden (EDR) af fotonstråling.

DBG-01N - designet til at detektere radioaktiv forurening og evaluere effektniveauet for den ækvivalente dosis fotonstråling ved hjælp af en hørbar alarm. Strømkilden er et galvanisk element af typen "Corundum". Måleområde fra 0,1 mSv*h-1 til 999,9 mSv*h-1

RKS-20.03 "Pripyat" - designet til at overvåge strålingssituationen i bopæl, ophold og arbejde.

Dosimetre giver dig mulighed for at måle:

• størrelsen af ​​den eksterne gamma baggrund;
• niveauer af radioaktiv forurening af boliger og offentlige lokaler, territorium og forskellige overflader
• samlet indhold radioaktive stoffer(uden at bestemme isotopsammensætningen) i fødevarer og andre genstande ydre miljø(væske og bulk)
• niveauer af radioaktiv forurening af boliger og offentlige lokaler, territorium og forskellige overflader;
• det samlede indhold af radioaktive stoffer (uden at bestemme isotopsammensætningen) i fødevarer og andre miljøgenstande (væske og bulk).

Sådan vælger du en strålingsmåler og andre instrumenter til måling af stråling kan du læse i artiklen " Husstandsdosimeter og radioaktivitetsindikator. hvordan vælger man?"

Hvilke typer ioniserende stråling findes der?

Typer af ioniserende stråling. De vigtigste typer af ioniserende stråling, som vi oftest støder på, er:

Selvfølgelig er der andre typer stråling (neutron), men dem støder vi på i Hverdagen meget sjældnere. Forskellen mellem disse typer stråling ligger i deres fysiske egenskaber, i oprindelse, egenskaber, radiotoksicitet og skadelige virkninger på biologiske væv.

Kilder til radioaktivitet kan være naturlige eller kunstige. Naturlige kilder til ioniserende stråling er naturlige radioaktive grundstoffer placeret i jordskorpen og skaber en naturlig baggrundsstråling, dette er ioniserende stråling, der kommer til os fra rummet. Jo mere aktiv en kilde er (dvs. jo flere atomer henfalder i den pr. tidsenhed), jo flere partikler eller fotoner udsender den pr. tidsenhed.

Kunstige kilder til radioaktivitet kan indeholde radioaktive stoffer, der er produceret specifikt i atomreaktorer, eller som er biprodukter af kernereaktioner. Forskellige elektrovakuumfysiske anordninger, ladede partikelacceleratorer osv. kan være kunstige kilder til ioniserende stråling For eksempel: et tv-billedrør, et røntgenrør, en kenotron osv.

De vigtigste leverandører af radium-226 til miljøet er virksomheder, der beskæftiger sig med udvinding og forarbejdning af forskellige fossile materialer:

• minedrift og forarbejdning af uranmalm;
• Olie og gas; kulindustrien;
• byggematerialer industri;
• energiindustrivirksomheder mv.

Radium-226 egner sig godt til udvaskning fra mineraler, der indeholder uran lægepraksis), i minefarvande. Radiumindholdet i grundvandet varierer fra nogle få til titusindvis af Bq/l. Radiumindhold i overfladen naturlige farvande væsentligt lavere og kan variere fra 0,001 til 1-2 Bq/l. En væsentlig bestanddel af naturlig radioaktivitet er henfaldsproduktet af radium-226 - radium-222 (Radon). Radon- en inert, radioaktiv gas, den længstlevende (halveringstid 3,82 dage) isotop af emanation *, alfa-emitter. Det er 7,5 gange tungere end luft, så det akkumuleres hovedsageligt i kældre, kældre, stueetager i bygninger, i minedrift osv. * - emanation - egenskaben for stoffer, der indeholder radiumisotoper (Ra226, Ra224, Ra223), til at frigive emanationer (radioaktive inerte gasser) dannet under radioaktivt henfald.

Det menes, at op til 70 pct. skadelige virkninger på befolkningen er forbundet med radon i beboelsesejendomme (se diagram). De vigtigste kilder til radon, der trænger ind i boliger, er (efterhånden som deres betydning øges):

• postevand og husholdningsgas;
• byggematerialer (knust sten, ler, slagger, aske osv.);
• jord under bygninger.

Radon spredes i jordens dybder ekstremt ujævnt. Det er karakteriseret ved dets ophobning i tektoniske forstyrrelser, hvor det trænger ind gennem systemer af revner fra porer og mikrorevner i klipper. Det trænger ind i porer og revner gennem emanationsprocessen, der dannes i stoffet af klipper under henfaldet af radium-226.

Radonemission fra jord bestemmes af klippernes radioaktivitet, deres emanation og reservoiregenskaber. Således kan relativt svagt radioaktive bjergarter, fundamenter af bygninger og konstruktioner udgøre en større fare end mere radioaktive, hvis de er præget af høj emanation eller skæres af tektoniske forstyrrelser, der ophober radon. Med en slags "åndedræt" af Jorden kommer radon fra sten til atmosfæren. Desuden i de største mængder- fra områder, hvor der er radonmagasiner (forskydninger, revner, forkastninger mv.), dvs. geologiske forstyrrelser. Vores egne observationer af strålingssituationen i Donbass kulminer viste, at i miner karakteriseret ved komplekse minedrift og geologiske forhold (tilstedeværelsen af ​​flere forkastninger og revner i kulværtsbjergarterne, højt vandindhold osv.), som regel er koncentrationen af radon i luften i minedrift overstiger de etablerede standarder væsentligt.

Opførelsen af ​​boliger og offentlige bygninger direkte over forkastninger og revner i klipper, uden foreløbig bestemmelse af radon-emissionen fra jorden, fører til, at jordluft med høje radonkoncentrationer kommer ind i dem fra jordens tarme, som ophobes i jordbunden. indendørs luft og skaber en strålingsfare.

Menneskeskabt radioaktivitet opstår som et resultat af menneskelig aktivitet, hvor der sker omfordeling og koncentration af radionuklider. Menneskeskabt radioaktivitet omfatter udvinding og forarbejdning af mineraler, forbrænding af kul og kulbrinter, ophobning af industriaffald og meget mere. Niveauerne af menneskelig eksponering for forskellige teknogene faktorer er illustreret i diagram 2 (A.G. Zelenkov "Komparativ menneskelig eksponering for forskellige strålingskilder," 1990)

Hvad er "sort sand", og hvilken fare udgør de?

Sort sand er mineralet monazit - et vandfrit fosfat af thoriumgruppeelementer, hovedsageligt cerium og lanthan (Ce, La)PO4, som erstattes af thorium. Monazit indeholder op til 50-60% oxider af sjældne jordarters grundstoffer: yttriumoxid Y2O3 op til 5%, thoriumoxid ThO2 op til 5-10%, nogle gange op til 28%. Den specifikke vægtfylde af monazit er 4,9-5,5. Med en stigning i indholdet af thorium, vægten stiger. Det findes i pegmatitter, nogle gange i granitter og gnejser. Når sten inklusive monazit ødelægges, akkumuleres det i placers, som er store aflejringer.

Sådanne aflejringer er også observeret i den sydlige del af Donetsk-regionen.

Placers af monazitsand placeret på land ændrer som regel ikke den nuværende strålingssituation væsentligt. Men monazitaflejringer beliggende nær kyststriben ved Azovhavet (inden for Donetsk-regionen) skaber en række problemer, især med begyndelsen af ​​svømmesæsonen.

Faktum er, at som et resultat af havbrændingen i efteråret-forårsperioden ophobes en betydelig mængde "sort sand" på kysten som følge af naturlig flotation, karakteriseret ved et højt indhold af thorium-232 (op til 15 -20 tusind Bq*kg-1 og mere ), hvilket skaber gammastrålingsniveauer på omkring 300 eller mere microR*h-1 i lokale områder. Naturligvis er det risikabelt at hvile i sådanne områder, derfor indsamles dette sand årligt, advarselsskilte er sat op, og visse dele af kysten er lukket. Men alt dette forhindrer ikke ny ophobning af "sort sand".

Lad mig sige noget om dette personlig pointe vision. Årsagen til at fjerne "sort sand" til kysten kan være den kendsgerning, at rydningsfartøjer konstant arbejder på sejlrenden til Mariupol-havnen skibsfartskanalen. Jorden hævet fra bunden af ​​kanalen dumpes vest for skibskanalen, 1-3 km fra kysten (se kort over placeringen af ​​dumpningspladser), og med kraftige havbølger med opløb til kyststriben føres jorden indeholdende monazitsand til kysten, hvor den beriger og ophobes. Alt dette kræver dog omhyggelig verifikation og undersøgelse. Og hvis dette er tilfældet, så er det måske muligt at reducere ophobningen af ​​"sort sand" på kysten blot ved at flytte jorddepotet til et andet sted.

Grundlæggende regler for udførelse af dosimetriske målinger.

Når du udfører dosimetriske målinger, er det først og fremmest nødvendigt at nøje overholde anbefalingerne i den tekniske dokumentation for enheden.

Ved måling af eksponeringsdosisraten for gammastråling eller den ækvivalente dosis gammastråling skal følgende regler overholdes:

• når der udføres dosimetriske målinger, hvis de formodes at blive udført kontinuerligt med det formål at overvåge strålingssituationen, er det nødvendigt at nøje observere målingens geometri;
• for at øge pålideligheden af ​​resultaterne af strålingsovervågning udføres flere målinger (men ikke mindre end 3), og det aritmetiske middel beregnes;
• når du udfører målinger på territoriet, skal du vælge områder væk fra bygninger og strukturer (2-3 højder); - målinger på territoriet udføres på to niveauer, i en højde på 0,1 og 1,0 m fra jordoverfladen;
• ved måling i boliger og offentlige lokaler måles der i midten af ​​rummet i en højde af 1,0 m fra gulvet.

Når du måler niveauerne af radionuklidkontamination på forskellige overflader, er det nødvendigt at placere en fjernsensor eller enheden som helhed, hvis der ikke er nogen fjernsensor, skal du placere den i plastikpose(for at forhindre eventuel forurening), og mål så tæt som muligt på overfladen, der måles.

Side 1

Gammastrålingsfluxen, efter at have passeret gennem det kontrollerede objekt og filmen, kommer ind i detektionsarbejdsenheden, hvor den omdannes til statistisk fordelte elektriske impulser. gennemsnitshastighed ankomsten af ​​pulser fra sensorens output er proportional med eksponeringsdosishastigheden. Sværtningstætheden af ​​filmen bestemmes af eksponeringsdosis, derfor kan den påkrævede eksponeringstid, som sikrer filmens optimale sværtningstæthed, indstilles af antallet af pulser.  

Densitet opstår, når en strøm af gammastråling interagerer med stof.  

Kilder til ioniserende stråling under en atomeksplosion er flux af gammastråling og neutroner, som har en skadelig virkning i eksplosionsområdet inden for 10 - 15 sekunder fra eksplosionsøjeblikket, såvel som gamma quanta, alfa og beta partikler af radioaktive stoffer - fissionsfragmenter af nukleart ladningsmateriale, der falder i eksplosionsområdet og langs bevægelsesvejen for den resulterende radioaktive sky og forurener et område på ti og hundreder af kilometer. Graden af ​​skade bestemmes af dosis af ioniserende stråling - mængden af ​​energi absorberet af 1 cm3 af mediet.  

Strålingsniveaudetektorer fungerer ud fra princippet om, at intensiteten af ​​gammastrålingsfluxen afhænger af tætheden af ​​det kontrollerede miljø. Kilden og modtageren af ​​radioaktiv stråling er installeret på et givet niveau på modsatte sider af den kontrollerede beholder. En stigning eller et fald i strømmen af ​​gammastråler udløser executive-relæet.  

Princippet for driften af ​​et gammarelæ er, at intensiteten af ​​gammastrålingsfluxen, der falder ind på konverteringselementet, afhænger af tætheden af ​​det medium, det trænger igennem. Modtagerstationen og gammastrålingskildenheden er installeret på modsatte sider af kapacitansen, der måles på kontrollerede niveauer.  

Eksperimentel verifikation af den ovenfor diskuterede teknik blev udført både for tilfældet med modulering af gammastrålingsfluxer og for tilfældet med modulering af lysfluxer.  

Så cirka 1/4 (1/2 1/2) af den samlede lysstyrke vil blive observeret som en stor flux af gammastråler, og resten som bløde røntgenstråler.  

Strålingskildeblokkene KO, K1, K2 og KZ er designet til at generere en rettet gammastrålingsstrøm samt til at beskytte personalet mod gammastrålingsstrømme, der virker i andre retninger.  

Driften af ​​enhederne er baseret på, at sensoren konverterer gammastrålingsstrømmen, der kommer fra kildeenheden, til et elektrisk signal, der transmitteres via et kabel til den elektroniske relæenhed for at aktivere relæet. Intensiteten af ​​gammastrålingsfluxen, der rammer sensoren, afhænger af tætheden af ​​mediet, som den trænger igennem.  

Funktionsprincippet for et gammarelæ er, at intensiteten af ​​gammastrålingsfluxen, der falder ind på sensoren, afhænger af tætheden af ​​det medium, det trænger igennem. Sensoren omdanner gammastrålingsflowet til et elektrisk signal, forstærker det og sender det via et kabel til den elektroniske relæenhed, hvor det videre konverteres til et fremvisningsresultat.  

Dette er det bredeste område af det elektromagnetiske spektrum, fordi det ikke er begrænset til høje energier. Blød gammastråling produceres under energiovergange inde i atomkerner, mens hårdere gammastråling produceres under nukleare reaktioner. Gammastråler ødelægger let molekyler, herunder biologiske, men passerer heldigvis ikke gennem atmosfæren. De kan kun observeres fra rummet.

Ultra-højenergi gamma-kvanter genereres under kollisionen af ​​ladede partikler accelereret af kraftige elektromagnetiske felter fra rumobjekter eller jordiske acceleratorer elementære partikler. I atmosfæren ødelægger de kernerne af atomer og genererer kaskader af partikler, der flyver med næsten lysets hastighed. Ved opbremsning udsender disse partikler lys, som observeres af specielle teleskoper på Jorden.

Med energi over 10 14 eV laviner af partikler bryder igennem til jordens overflade. De optages af scintillationssensorer. Hvor og hvordan ultrahøj-energi gammastråler dannes, er endnu ikke helt klart. Sådanne energier er utilgængelige for jordiske teknologier. Den mest energiske mængde - 10 20 –10 21 eV, kommer fra rummet ekstremt sjældent - cirka et kvante pr. 100 år pr. kvadratkilometer.

Kilder

Billedet blev taget i 2005 af HESS gamma-ray teleskop. Den bekræftede, at supernova-rester tjener som kilder til kosmiske stråler - energiske ladede partikler, der i vekselvirkning med stof genererer gammastråling (se). Partikelacceleration er tilsyneladende leveret af kraftfulde elektromagnetisk felt et kompakt objekt - en neutronstjerne, som er dannet på stedet for en eksploderende supernova.

Kollisioner af energiladede kosmiske strålepartikler med atomkerner i det interstellare medium genererer kaskader af andre partikler såvel som gammastråler. Denne proces ligner kaskader af partikler i jordens atmosfære, der opstår under påvirkning af kosmiske stråler (se). Oprindelsen af ​​de kosmiske stråler med højeste energi bliver stadig undersøgt, men der er allerede beviser for, at de kan genereres i supernova-rester.

Accretion disk omkring et supermassivt sort hul ( ris. kunstner)

Under udviklingen af ​​store galakser dannes supermassive sorte huller i deres centre, der vejer fra flere millioner til milliarder af solmasser. De vokser på grund af tilvæksten (faldet) af interstellart stof og endda hele stjerner på det sorte hul.

Under intens tilvækst dannes en hurtigt roterende skive omkring et sort hul (på grund af bevarelsen af ​​vinkelmomentet af stoffet, der falder ned på hullet). På grund af den viskøse friktion af lagene, der roterer med forskellige hastigheder, opvarmes det hele tiden og begynder at udsende i røntgenområdet.

Under tilvækst kan en del af stoffet udstødes i form af stråler langs den roterende skives akse. Denne mekanisme sikrer aktiviteten af ​​galaktiske kerner og kvasarer. I kernen af ​​vores galakse ( Mælkevejen) er der også et sort hul. I øjeblikket er dens aktivitet minimal, men ifølge nogle tegn var den for omkring 300 år siden meget højere.

Modtagere

Beliggende i Namibia består den af ​​4 parabolske retter med en diameter på 12 meter, placeret på et areal på 250 meter. Hver af dem har 382 runde spejle med en diameter på 60 cm, som koncentrerer bremsstrahlung, som opstår, når energiske partikler bevæger sig i atmosfæren (se diagram af teleskopet).

Teleskopet begyndte at fungere i 2002. Den kan ligeledes bruges til at registrere energiske gammastråler og ladede partikler - kosmiske stråler. Et af dets vigtigste resultater var en direkte bekræftelse af den langvarige antagelse om, at resterne af supernovaeksplosioner er kilder til kosmiske stråler.

Når en energisk gammastråle kommer ind i atmosfæren, kolliderer den med kernen i et af atomerne og ødelægger den. I dette tilfælde genereres flere fragmenter af atomkernen og gammakvanter med lavere energi, som ifølge loven om bevarelse af momentum bevæger sig næsten i samme retning som det oprindelige gammakvante. Disse fragmenter og kvanter kolliderer snart med andre kerner og danner en lavine af partikler i atmosfæren.

De fleste af disse partikler rejser hurtigere end lysets hastighed i luften. Som et resultat udsender partiklerne bremsstrahlung, som når jordens overflade og kan optages med optiske og ultraviolette teleskoper. Faktisk fungerer jordens atmosfære selv som et element i gamma-stråleteleskopet. For ultrahøjenergi gammastråler er divergensen af ​​strålen, der når Jordens overflade, omkring 1 grad. Dette bestemmer teleskopets opløsning.

Ved en endnu højere energi af gammastråler når en lavine af partikler selv overfladen - en bred luftbruser (EAS). De optages af scintillationssensorer. I Argentina bygges Pierre Auger-observatoriet (til ære for opdageren af ​​EAS) i øjeblikket til at observere gammastråler og kosmiske stråler med ultrahøj energi. Det vil omfatte flere tusinde tanke med destilleret vand. Fotomultiplikatorerne installeret i dem vil overvåge blink, der opstår i vand under påvirkning af energiske EAS-partikler.

Et orbitalobservatorium, der opererer i området fra hårde røntgenstråler til bløde gammastråler (fra 15 keV til 10 MeV), blev sendt i kredsløb fra Baikonur Cosmodrome i 2002. Observatoriet er bygget af European Space Agency (ESA) med deltagelse af Rusland og USA. Stationens design bruger den samme platform som det tidligere lancerede (1999) europæiske røntgenobservatorium XMM-Newton.

Elektronisk enhed til måling af svage flux af synlige og ultraviolet stråling. En PMT er et elektronrør med en fotokatode og et sæt elektroder, hvortil der påføres en successivt stigende spænding med en samlet forskel på op til flere kilovolt.

Strålingskvanter falder på fotokatoden og slår elektroner ud fra den, som bevæger sig til den første elektrode og danner en svag fotoelektrisk strøm. Men undervejs accelereres elektroner af den påførte spænding og slås betydeligt ud af elektroden større antal elektroner. Dette gentages flere gange - alt efter antallet af elektroder. Som et resultat stiger strømmen af ​​elektroner, der kommer fra den sidste elektrode til anoden, med flere størrelsesordener sammenlignet med den oprindelige fotoelektriske strøm. Dette giver dig mulighed for at registrere meget svag lysstrømme, ned til individuelle kvanta.

Et vigtigt træk ved PMT'er er deres reaktionshastighed. Dette gør det muligt at bruge dem til at registrere forbigående fænomener, såsom blink, der opstår i en scintillator, når en energisk ladet partikel eller kvante absorberes.

Ioniserende stråling (herefter benævnt IR) er stråling, hvis interaktion med stof fører til ionisering af atomer og molekyler, dvs. denne interaktion fører til excitation af atomet og adskillelse af individuelle elektroner (negativt ladede partikler) fra atomskaller. Som et resultat, frataget en eller flere elektroner, bliver atomet til en positivt ladet ion - primær ionisering sker. AI inkluderer elektromagnetisk stråling(gammastråling) og strømme af ladede og neutrale partikler - korpuskulær stråling (alfastråling, betastråling og neutronstråling).

Alfa-stråling refererer til corpuskulær stråling. Dette er en strøm af tunge positivt ladede alfapartikler (kerner af heliumatomer), som er et resultat af henfaldet af atomer af tunge grundstoffer såsom uran, radium og thorium. Da partiklerne er tunge, viser rækkevidden af ​​alfapartikler i stoffet (det vil sige den vej, de frembringer ionisering) sig at være meget kort: hundrededele af en millimeter pr. biologiske miljøer, 2,5-8 cm i luften. Således kan et almindeligt ark papir eller det ydre døde hudlag fange disse partikler.

Stoffer, der udsender alfapartikler, har dog lang levetid. Som et resultat af, at sådanne stoffer kommer ind i kroppen med mad, luft eller gennem sår, transporteres de gennem hele kroppen af ​​blodbanen, deponeres i organer, der er ansvarlige for metabolisme og beskyttelse af kroppen (f.eks. milten eller Lymfeknuderne), hvilket forårsager indre bestråling af kroppen. Faren for en sådan indre bestråling af kroppen er høj, fordi disse alfapartikler skaber meget stort antal ioner (op til flere tusinde par ioner pr. 1 mikron bane i væv). Ionisering bestemmer til gengæld en række træk ved disse kemiske reaktioner, som forekommer i stof, især i levende væv (dannelse af stærke oxidationsmidler, fri brint og ilt osv.).

Betastråling(beta-stråler eller strøm af beta-partikler) refererer også til den korpuskulære type stråling. Dette er en strøm af elektroner (β-stråling, eller oftest bare β-stråling) eller positroner (β+-stråling), der udsendes under det radioaktive beta-henfald af kernerne i visse atomer. Elektroner eller positroner dannes i kernen, når en neutron omdannes til henholdsvis en proton eller en proton til en neutron.

Elektroner er væsentligt mindre end alfapartikler og kan trænge 10-15 centimeter dybt ind i et stof (krop) (jf. hundrededele af en millimeter for alfapartikler). Når den passerer gennem stof, interagerer betastråling med elektronerne og kernerne i dets atomer, bruger sin energi på dette og bremser bevægelsen, indtil den stopper helt. På grund af disse egenskaber, for at beskytte mod beta-stråling, er det nok at have en organisk glasskærm af passende tykkelse. Brugen af ​​betastråling i medicin til overfladisk, interstitiel og intrakavitær strålebehandling er baseret på de samme egenskaber.

Neutronstråling- en anden type corpuskulær type stråling. Neutronstråling er en strøm af neutroner (elementarpartikler, der ikke har nogen elektrisk ladning). Neutroner har ikke en ioniserende effekt, men en meget betydelig ioniserende effekt opstår på grund af elastisk og uelastisk spredning på stofkernerne.

Stoffer, der bestråles af neutroner, kan opnå radioaktive egenskaber, det vil sige modtage såkaldt induceret radioaktivitet. Neutronstråling genereres under drift af partikelacceleratorer, i atomreaktorer, industri- og laboratorieinstallationer, ved atomeksplosioner osv. Neutronstråling har den største gennemtrængende evne. De bedste materialer til beskyttelse mod neutronstråling er brintholdige materialer.

Gammastråling og røntgenstråling hører til elektromagnetisk stråling.

Den grundlæggende forskel mellem disse to typer stråling ligger i mekanismen for deres forekomst. Røntgenstråling er af ekstranuklear oprindelse, gammastråling er et produkt af nuklear henfald.

Røntgenstråling blev opdaget i 1895 af fysikeren Roentgen. Dette er dog usynlig stråling, der er i stand til at trænge igennem varierende grader, i alle stoffer. Det er elektromagnetisk stråling med en bølgelængde af størrelsesordenen - fra 10 -12 til 10 -7. Kilden til røntgenstråler er et røntgenrør, nogle radionuklider (for eksempel beta-emittere), acceleratorer og elektronlagringsenheder (synkrotronstråling).

Røntgenrøret har to elektroder - katoden og anoden (henholdsvis negative og positive elektroder). Når katoden opvarmes, sker der elektronemission (fænomenet med emission af elektroner fra overfladen solid eller væske). Elektroner, der undslipper katoden, accelereres elektrisk felt og rammer anodens overflade, hvor de er kraftigt decelererede, hvilket resulterer i generering af røntgenstråling. Synes godt om synligt lys, Røntgenstråling forårsager sortfarvning af fotografisk film. Dette er en af ​​dens egenskaber, som er fundamental for medicin - at den gennemtrænger stråling og derfor kan patienten belyses med dens hjælp, og pga. væv med forskellig tæthed absorberer røntgenstråler forskelligt - vi kan diagnosticere dette på egen hånd tidlig stadie mange typer af sygdomme i indre organer.

Gammastråling er af intranukleær oprindelse. Det sker under henfaldet af radioaktive kerner, overgangen af ​​kerner fra en exciteret tilstand til grundtilstanden, under interaktionen af ​​hurtigt ladede partikler med stof, udslettelse af elektron-positron-par osv.

Den høje gennemtrængende kraft af gammastråling forklares af dens korte bølgelængde. For at svække strømmen af ​​gammastråling anvendes stoffer med et betydeligt massetal (bly, wolfram, uran osv.) og forskellige sammensætninger stor tæthed(diverse betoner med metalfyldstoffer).

Målet med arbejdet

Arbejdet er rettet mod praktisk træning i metoden til at bestemme energien af ​​gammakvanter ved at dæmpe en smal strålestråle i et stof ved eksperimentelt at måle værdien af ​​massedæmpningskoefficienten.

Introduktion

1. Generelle begreber

Gammastråling er fotonstråling med et diskret energispektrum, der opstår, når atomkernernes energitilstand ændres, nukleare transformationer og partikeludslettelse. Gammastråling er elektromagnetisk indirekte ioniserende stråling. Energien af ​​gammastråler udsendt af radionuklider varierer fra 0,01 MeV til 10 MeV. De fleste radionuklider producerer gammastråling med et komplekst energispektrum. Nogle kerner (der er ikke mange af dem) udsender monoenergetisk gammastråling.

For radionuklider med et komplekst spektrum af gammastråling kan den effektive fotonenergi af en sådan monoenergetisk fotonstråling bestemmes eksperimentelt, hvis relative dæmpning i en absorber af en bestemt sammensætning og en vis tykkelse er den samme som den ikke-monoenergetiske. fotonstråling under overvejelse.

Karakteristika for gammastråling er fluxen af ​​gammakvanter og fluxtætheden.

Fluxen af ​​gammakvanter forstås som forholdet mellem antallet af kvanter dN γ, der trænger gennem en given overflade i et tidsinterval dt og dette interval

Gammastrålefluxtætheden er forholdet mellem fluxen dФ γ, der trænger ind i volumenet af en elementær kugle og tværsnitsarealet af denne kugle dS

Lignende karakteristika, der tager hensyn til energien af ​​gammakvanter, er energifluxen og energifluxtætheden af ​​gammastråling.

Samspillet mellem gammastråling og stof udføres hovedsageligt på grund af tre elementære processer: den fotoelektriske effekt, usammenhængende spredning (Compton-effekt) og dannelsen af ​​elektron-positron-par (pareffekt). Ved lave energier af gammastråler yder kohærent spredning af elektroner også et vist bidrag.

Sandsynligheden for interaktion af gammastråler med stof er karakteriseret ved massedæmpningskoefficienten. Det forstås som forholdet mellem andelen indirekte ioniserende partikler af en given energi, der har undergået vekselvirkning under passagen af ​​en elementær vej dl i et medium med tæthed ρ til længden af ​​denne vej og til mediets densitet

For fotonstråling er massedæmpningskoefficienten lig med summen af ​​massedæmpningskoefficienterne på grund af den fotoelektriske effekt, usammenhængende spredning, kohærent spredning og dannelsen af ​​elektron-positron-par. I dette tilfælde, for gammastråling, tages der som regel ikke højde for sammenhængende spredning:

Som det kan ses af ovenstående definition, er massedæmpningskoefficienten i fysiske termer sandsynligheden for, at gammakvanter interagerer med stof ved en enhedsmassetykkelse af målet.

Strålingsbeskyttelsesberegninger bruger ofte den lineære gammastrålingsdæmpningskoefficient μ, som fås ved at gange massedæmpningskoefficienten med tætheden ρ. I dens fysiske betydning er den lineære dæmpningskoefficient sandsynligheden for interaktion mellem et gammakvante og stof langs en bane med længdeenhed. Måleenhederne og μ i SI-systemet er henholdsvis m 2 /kg og m -1.

Størrelsen af ​​dæmpningskoefficienterne afhænger på en kompleks måde af energien af ​​gammastråler og af beskyttelsesmaterialet. Disse afhængigheder præsenteres i opslagsbogen i form af tabeller eller grafer (se bilag 3, fig. 3-6).

Et analytisk udtryk for at beskrive dæmpningen af ​​gammastråling med et skjold kan opnås for en smal stråle af monoenergetisk gammastråling. I dette tilfælde, som et resultat af enhver interaktionshandling, forlader gammakvantumet strålen. Følgelig er antallet dN af fotoner, der forlader strålen, proportionalt med tykkelsen af ​​stoffet dx passeret igennem og antallet af indfaldende fotoner N, dvs.

For monoenergetisk stråling er μ konstant, og integration af det resulterende udtryk giver

Hvis vi dividerer begge sider af dette udtryk med målområdet og bestrålingstiden, får vi et udtryk for gammastrålefluxtætheden

hvor φ γ0 og φ γ er gammastrålefluxtætheden foran absorberen og efter absorberen med tykkelse d.

Grafen for logφ=f(d) har formen vist i fig. 4.1.

Den eksperimentelt konstruerede graf tjener til at bestemme værdien af ​​den lineære dæmpningskoefficient μ og derefter ved hjælp af referencegrafen μ=f(E) at bestemme energien af ​​gammastråling. Værdien af ​​μ fra grafen bestemmes enten af ​​tykkelsen af ​​halvdæmpningslaget d 1/2

eller ved tangenten af ​​hældningsvinklen α

Ved udførelse af arbejde måles fluxtætheden φ γ ikke direkte, men pulstællehastigheden n er proportional med den.

1.2. Beskrivelse af laboratorieopstillingen

Blokdiagrammet for laboratorieopsætningen er vist i fig. 4.2. Strålingskilderne er 60 Co eller 137 Cs præparater med en aktivitet på ca. 10 mKu. Kilden er placeret i et blyskjold, hvorfra en rettet stråle af gammastråler kommer ud, der passerer gennem en absorber på vej til detektoren. Den anden kollimator tjener til at absorbere gammastråler spredt i absorberen, ellers vil værdien af ​​gammastrålingsdæmpningskoefficienten blive undervurderet.

Målingerne udføres på en laboratorieinstallation udviklet på basis af radiometeret KRVP-3B.

Udførelse af laboratoriearbejde

2.1. Forberedelse til arbejde og målinger

Få en strålekilde og et sæt absorberplader hos laboranten.

Saml laboratorieopsætningen i overensstemmelse med den vist i fig. 4.2. blokdiagram. Vær særlig opmærksom på justeringen af ​​kollimatorerne. For at gøre dette, før du installerer kilden i kollimatoren, skal du udføre "sigte" ved at observere gennem den anden kollimator. Installer strålingskilden efter måling af baggrunden i laboratoriet.

Klargør KRVP-3B radiometer til drift. Tæl baggrunden i fem minutter.

Installer strålingskilden, mål tællehastigheden uden en absorber. Installer derefter en, to, tre osv. en efter en. absorberplader, der hver gang måler deres tykkelse og tæller hastighed fra gammastrålingsstrålen, der passerer gennem dem. Måletiden for tællehastigheden skal vælges baseret på 5 % målenøjagtighed.

Udfør målinger, indtil tællehastigheden falder 8-10 gange. Indtast resultaterne af målinger og efterfølgende beregninger i rapporttabellen.

Baseret på måleresultaterne, konstruer en graf af lg n=f(d), ud fra grafen bestemmes dæmpningskoefficienten for gammastråling og, ud fra den, energien af ​​gammakvanter.

2.2. Udarbejdelse af laboratorierapport

Før arbejdet påbegyndes, er det nødvendigt at speciel form lave en rapport Kort beskrivelse arbejde og udarbejde en tabel til registrering af måleresultater. Forbered koordinatakser til plotning af afhængighedsloggen n=f(d).

Tabel 4.1 Måleresultater

Nf = impulser i t = minutter

nf = imp/min. Absorberende materiale

Ud fra måleresultaterne konstrueres en graf over afhængigheden lgn=f(d), hvorfra værdien af ​​μ bestemmes. Ved hjælp af graferne (se appendiks, fig. 3, 4, 5, 6) bestemmes energien af ​​γ-kvanter. Sammenlign den opnåede værdi af γ-kvanteenergi med tabelværdierne (se bilag 2, tabel 6) og bestem målefejlen.

3. Sikkerhedsforanstaltninger

Inden arbejdet påbegyndes, skal hver udøver anskaffe sig et dosimeter fra laboratorieassistenten til at måle strålingsdosis. Brug kun γ-strålingskilder med en pincet. Efter at have placeret kilden i kollimatoren, skal du dække bagsiden af ​​kollimatoren med blybeskyttelse.

Mens du udfører arbejde, er det nødvendigt at træffe foranstaltninger for at reducere strålingsdosis, idet du husker, at strålingsdosen fra en punktkilde er proportional med tiden og omvendt proportional med kvadratet af afstanden.

Stråledoser efter arbejde måles af laboranten, indberettes til læreren og indføres i dosisloggen. Da der er farlig spænding (400 V) i installationens elektriske kredsløb, er det FORBUDT at åbne det elektriske kredsløb.

Kontrolspørgsmål

Hvilken type stråling arbejder du med?

Hvad er gammastråling?

Hvad er spektret af gammastråling?

Hvilke processer bestemmer dæmpningen af ​​gammastråling i et stof?

Hvad er en gammastråleflux?

Hvad er gammastrålingsfluxtæthed?

Hvad er massedæmpningskoefficienten for gammastråling?

Hvad er den fysiske betydning af den lineære dæmpningskoefficient for gammastråling?

Den lineære dæmpningskoefficient for gammastråling i bly er 0,5 cm -1. Hvad er energien af ​​gammastråler?

Halvdæmpningslaget af gammastråling i bly er 1,4 cm. Hvad er energien af ​​gammakvanter?

Massedæmpningskoefficienten for gammastråling i bly er 0,02 m 2 /kg. Hvad er energien af ​​gammastråler?

Hvilket matematisk forhold beskriver dæmpningen af ​​gammastråling i stof?

Hvilke betingelser skal være opfyldt for at dæmpningen af ​​gammastråling i et stof kan beskrives med en eksponentiel?

Hvordan ser grafen for logφ γ =f(d) ud?

Hvordan bestemmes energien af ​​gammastråling ud fra logφ γ =f(d) grafen?

Hvorfor er der behov for kollimatorer i dette arbejde?

Hvad er måderne til at reducere strålingsdosis fra en punktkilde til gammastråling?

Hvordan ændres stråledosis til fingrene, hvis kilden i stedet for en pincet (R = 25 cm) tages med hænderne (R = 0,5 cm)?

Hvad sikrer den nødvendige målenøjagtighed i dette arbejde?

Hvilket radionuklid blev undersøgt i dette arbejde?

Hvad er energien af ​​gammastråling fra radionuklidet i dette arbejde?

LABORATORIEARBEJDE nr. 5